- English
- Español
- Português
- русский
- Français
- 日本語
- Deutsch
- tiếng Việt
- Italiano
- Nederlands
- ภาษาไทย
- Polski
- 한국어
- Svenska
- magyar
- Malay
- বাংলা ভাষার
- Dansk
- Suomi
- हिन्दी
- Pilipino
- Türkçe
- Gaeilge
- العربية
- Indonesia
- Norsk
- تمل
- český
- ελληνικά
- український
- Javanese
- فارسی
- தமிழ்
- తెలుగు
- नेपाली
- Burmese
- български
- ລາວ
- Latine
- Қазақша
- Euskal
- Azərbaycan
- Slovenský jazyk
- Македонски
- Lietuvos
- Eesti Keel
- Română
- Slovenski
- मराठी
- Srpski језик
Kritiske egenskaper som påvirker overflatefinishen til støpegods
2022-10-13
Dimensjonsnøyaktigheten som sandstøpegods nå kan produseres med har nærmet seg den for investeringsstøpegods. 3-D sandutskriftsteknologier har forbedret dimensjonsnøyaktigheten til støpeformer og kjerner betraktelig, men har ikke klart å matche overflateglattheten til konvensjonelle sandstøpegods, enn si investeringsstøpegods.
Investeringsstøping gir svært glatte deler med utmerket funksjonsoppløsning og dimensjonsnøyaktighet. 3D-trykte sandformer og -kjerner kan gi et kostnadseffektivt alternativ til investeringsstøping dersom prosessen kan oppfylle både dimensjons- og overflatekrav.
Selv om det er gjort mange endringer og forbedringer på området for forbruksvarer til støperi, er sand det ene materialet som har holdt seg noe konstant. Etter gruvedrift og vasking, om nødvendig, klassifiseres støpesand i individuelle eller to-maskede grupper og lagres. De kombineres til normalfordelinger for frakt til støperikunden. Selv om det er mange forskjellige gruvefordelinger, leveres sand med lignende AFS-kornfinhetstall i lignende fordelinger. Overflatefinish er en integrert del av spesifikasjonene for støpekvalitet. Grov innvendig overflatebehandling på støpegods kan føre til tap av effektivitet for både væsker og høyhastighetsgasser. Slik er det for turbolader og inntaksmanifoldkomponenter. University of Northern Iowa har undersøkt formmaterialeegenskaper som påvirker overflateglattheten for støpegods. Forskningen ble utført på aluminiumsstøpegods, men har anvendelser og relevans i jernlegeringer som ikke viser defekter som penetrasjons- eller sammensmeltede sanddefekter. Studien undersøker påvirkningen av støpemediekarakteristikker som sandfinhet, materialtype og valg av ildfast belegg. Målet med prosjektet var å oppnå investeringsstøping av overflatefinish i sandstøpte deler.
Permeabilitet og overflatearealresultater
AFS-permeabilitet er definert som hvor lang tid det tar før et kjent volum luft passerer gjennom en standardprøve ved en høyde på 10 cm vann. AFS-permeabiliteten representerer ganske enkelt mengden av åpne områder mellom aggregatkornene som lar luft passere. GFN til et materiale endrer permeabiliteten betydelig frem til 80 GFN, hvor trenden ser ut til å flate ut.
Dataene viser at samme overflateruhet kan oppnås med en hvilken som helst partikkelform ved forskjellige hastigheter. De sfæriske og rundkornede materialene forbedrer støpejevnheten med en akselerert hastighet sammenlignet med kantete og underkantede tilslag.
Gallium kontaktvinkel resultater
Kontaktvinkelmålinger ble utført for å måle den relative fuktbarheten til de bundne støpeaggregatene med flytende metall ved bruk av en flytende galliumtest. Keramisk sand hadde den høyeste kontaktvinkelen mens zirkon og olivin delte en lignende lavere kontaktvinkel. Galliumet viste hydrofob oppførsel på alle sandoverflater. En lignende AFS-GFN ble brukt for alle prøvene. Resultatene indikerer at kontaktvinkelen for sandtypene var sterkt avhengig av tilslagskornformen som vist på sekundæraksen, snarere enn grunnmaterialet. Den keramiske sanden hadde den rundeste formen og olivinsanden viste en svært kantete form. Mens overflatefuktbarheten til basisaggregatet kan spille en rolle i støpeoverflatefinishen, var utvalget av kontaktvinkelmålinger i testserien underordnet kornformen.
Overflateruhet Resultater fra teststøpegods
Resultatene for overflateruhet ble målt ved hjelp av et kontaktprofilometer. Det var en betydelig forbedring i overflateglatthet fra treskjerms 44 GFN silika til firesikts 67 GFN silika. Endringer utover 67 GFN viste ingen innvirkning på overflateruhet til tross for variasjon i distribusjonsbredde. Terskelverdien på 185 RMS er observert.
En stor forbedring i glatthet kan observeres mellom 101 og 106 GFN-materialene. 106 GFN-sanden har over 17 % mer 200 mesh-materiale i siktfordelingen. Materialene med to skjermer 115 og 118 GFN resulterte i en reduksjon i glatthet. 143 GFN-sanden resulterte i lignende avlesninger som 106 GFN zirkon. Terskelverdien er 200 RMS.
En jevn forbedring i overflateglatthet ble observert fra 49 GFN-kromitt med fire sikter til 73 GFN-kromitt med tre sikter til tross for at partikkelfordelingen ble smalere. En 19 % økning i retensjon av 140-mesh-skjermen ble sett i 73 GFN kromitt sammenlignet med 49 GFN. En betydelig økning i støpejevnhet ble vist fra tresikts 73 GFN til firesikts 77 GFN kromittsand uavhengig av deres tilsvarende kornfinhetstall. Ingen endring i glatthet ble observert mellom 77 GFN og 99 GFN kromittmaterialene. Interessant nok delte de to sandene en veldig lik oppbevaring i skjermen på 200 mesh. Terskelverdien er 250 RMS.
Det er en betydelig forbedring i glatthet av støping fra 78 GFN olivin til 84 GFN olivin til tross for den smalere fordelingen. En økning på 15 % retensjon i 140-mesh-sikten var synlig i 84 GFN-olivinen. Det er betydning mellom 84 og 85 GFN olivin. 85 GFN-olivinen forbedret glattheten med 50. 85 GFN-olivinen er en tresiktssand med nesten 10 % retensjon i 200-mesh-sikten, mens 84 GFN-olivinen ganske enkelt er et to-siktsmateriale. En jevn forbedring i glatthet kan observeres fra 85 GFN olivin til 98 GFN olivin. Skjermfordelingen viser en økning på 5 % retensjon i 200 mesh skjermen. Ingen endring ble sett fra 98 GFN til 114 GFN olivin til tross for en økning i 200 mesh retensjon på nesten 7%.
En terskelverdi på 244 RMS kan observeres.
Overflateruhetsresultatene for støpegodset fra keramiske kjerner viser en liten forbedring mellom 32 GFN og 41 GFN materialene. Det var en økning i retensjon av 70-mesh-sikten med 34 % i 41 GFN-sanden. En signifikant økning i glatthet ble observert mellom 41 GFN og 54 GFN keramikk. 54 GFN-materialet hadde over 19 % større retensjon i 100-mesh-skjermen sammenlignet med 41 GFN-materialet. Denne forbedringen skjedde til tross for at fordelingen ble innsnevret i 54 GFN-materialet. Den største påvirkningen i de keramiske resultatene ble sett mellom sandene 54 GFN og 68 GFN. Sanden på 68 GFN hadde 15 % høyere retensjon i 140-mesh-sikten som utvidet distribusjonen. Til tross for en økning på over 40 % retensjon i 140-mesh-skjermen, ble det observert liten forbedring mellom 68 GFN- og 92 GFN-materialene. Terskelverdien er 236 RMS.
Overflatene som genereres av den 3-D-printede sanden er betydelig grovere enn en rammet sandoverflate som bruker samme tilslag. Prøvene som ble skrevet ut i XY-retningen ga den jevneste teststøpeoverflaten, mens de som ble skrevet ut i XZ- og YZ-retningen resulterte i den groveste.
Den rammede silikasanden ubelagte 83 GFN silikasanden resulterte i en ruhetsverdi på 185 RMS. Selv om støpegodset virket jevnere, økte de ildfaste beleggene overflateruheten målt med profilometeret. Det alkoholbaserte aluminabelegget viste den beste ytelsen, mens det alkoholbaserte zirkonbelegget resulterte i den høyeste ruheten. De 83 GFN 3-D-trykte prøvene viste motsatt effekt. Mens den ubestrøede prøven ble skrevet ut i den mest gunstige orienteringen av XY, viste den ubestrøede prøven en støpesuhet på 943 RMS. Beleggene glattet overflaten vesentlig fra den ubelagte overflatefinishen fra et lavt nivå på 339 til et maksimum på 488 RMS. Det ser ut til at overflatefinishen til den belagte sanden er noe uavhengig av ruheten til substratsanden og avhenger sterkt av sammensetningen av det ildfaste belegget. 3-D-trykt sand, selv om den starter med en mye grovere overflatefinish, kan forbedres betydelig ved bruk av ildfaste belegg.
Konklusjoner
For tiden tilgjengelige støpeaggregater har evnen til å oppnå overflateruhetsverdier på mindre enn 200 RMS mikrotommer. Disse verdiene er litt innenfor verdiene knyttet til investeringsstøping. For materialene som ble testet, viste hvert av dem en reduksjon i støperuhet med økende aggregat AFS-kornfinhet. Dette var sant med alle materialer opp til en terskelverdi, da det ikke ble sett ytterligere nedgang i støperuhet med økende AFS-GFN. Dette ble støttet av tidligere utført forskning.
Innenfor alle materialgrupper var effekten av AFS-GFN sekundær til både beregnet overflateareal og aggregatpermeabilitet. Mens permeabilitet kan tenkes å beskrive de åpne områdene til den komprimerte sanden, beskriver overflatearealet bedre skjermfordelingen til sanden og tilsvarende mengde fine partikler. Både permeabilitet og overflateareal var direkte relatert til støpeoverflatens glatthet. Det skal bemerkes at dette var sant for aggregater innenfor en formgruppe. Selv om vinkel- og underkantede aggregater hadde høye overflatearealer, var deres permeabilitet høy og indikerte en åpen overflate. Sfæriske og avrundede tilslag viste de glatteste overflatene som kombinerte lav permeabilitet med høyt overflateareal.
Det ble opprinnelig antatt at overflatefuktbarhet målt ved kontaktvinkel mellom flytende metall og det bundne tilslaget var en kritisk faktor i den resulterende støpeoverflaten. Mens det ble vist at kontaktvinkelen på forskjellige materialer ved lignende AFS-GFN ikke var proporsjonal med støpesuheten, ble det bekreftet at kornformen var en viktig faktor. Fraværet av en sammenheng mellom kontaktvinkel og støpeoverflatens ruhet kan forklares med det faktum at kornform ble sett på som en stor innflytelse på overflateruhet. Det er en betydelig mulighet for at kontaktvinkelen til forskjellige materialer ble påvirket mer av kornformen og den resulterende overflateglattheten enn av fuktbarheten til materialet alene.
Investeringsstøping gir svært glatte deler med utmerket funksjonsoppløsning og dimensjonsnøyaktighet. 3D-trykte sandformer og -kjerner kan gi et kostnadseffektivt alternativ til investeringsstøping dersom prosessen kan oppfylle både dimensjons- og overflatekrav.
Selv om det er gjort mange endringer og forbedringer på området for forbruksvarer til støperi, er sand det ene materialet som har holdt seg noe konstant. Etter gruvedrift og vasking, om nødvendig, klassifiseres støpesand i individuelle eller to-maskede grupper og lagres. De kombineres til normalfordelinger for frakt til støperikunden. Selv om det er mange forskjellige gruvefordelinger, leveres sand med lignende AFS-kornfinhetstall i lignende fordelinger. Overflatefinish er en integrert del av spesifikasjonene for støpekvalitet. Grov innvendig overflatebehandling på støpegods kan føre til tap av effektivitet for både væsker og høyhastighetsgasser. Slik er det for turbolader og inntaksmanifoldkomponenter. University of Northern Iowa har undersøkt formmaterialeegenskaper som påvirker overflateglattheten for støpegods. Forskningen ble utført på aluminiumsstøpegods, men har anvendelser og relevans i jernlegeringer som ikke viser defekter som penetrasjons- eller sammensmeltede sanddefekter. Studien undersøker påvirkningen av støpemediekarakteristikker som sandfinhet, materialtype og valg av ildfast belegg. Målet med prosjektet var å oppnå investeringsstøping av overflatefinish i sandstøpte deler.
Permeabilitet og overflatearealresultater
AFS-permeabilitet er definert som hvor lang tid det tar før et kjent volum luft passerer gjennom en standardprøve ved en høyde på 10 cm vann. AFS-permeabiliteten representerer ganske enkelt mengden av åpne områder mellom aggregatkornene som lar luft passere. GFN til et materiale endrer permeabiliteten betydelig frem til 80 GFN, hvor trenden ser ut til å flate ut.
Dataene viser at samme overflateruhet kan oppnås med en hvilken som helst partikkelform ved forskjellige hastigheter. De sfæriske og rundkornede materialene forbedrer støpejevnheten med en akselerert hastighet sammenlignet med kantete og underkantede tilslag.
Gallium kontaktvinkel resultater
Kontaktvinkelmålinger ble utført for å måle den relative fuktbarheten til de bundne støpeaggregatene med flytende metall ved bruk av en flytende galliumtest. Keramisk sand hadde den høyeste kontaktvinkelen mens zirkon og olivin delte en lignende lavere kontaktvinkel. Galliumet viste hydrofob oppførsel på alle sandoverflater. En lignende AFS-GFN ble brukt for alle prøvene. Resultatene indikerer at kontaktvinkelen for sandtypene var sterkt avhengig av tilslagskornformen som vist på sekundæraksen, snarere enn grunnmaterialet. Den keramiske sanden hadde den rundeste formen og olivinsanden viste en svært kantete form. Mens overflatefuktbarheten til basisaggregatet kan spille en rolle i støpeoverflatefinishen, var utvalget av kontaktvinkelmålinger i testserien underordnet kornformen.
Overflateruhet Resultater fra teststøpegods
Resultatene for overflateruhet ble målt ved hjelp av et kontaktprofilometer. Det var en betydelig forbedring i overflateglatthet fra treskjerms 44 GFN silika til firesikts 67 GFN silika. Endringer utover 67 GFN viste ingen innvirkning på overflateruhet til tross for variasjon i distribusjonsbredde. Terskelverdien på 185 RMS er observert.
En stor forbedring i glatthet kan observeres mellom 101 og 106 GFN-materialene. 106 GFN-sanden har over 17 % mer 200 mesh-materiale i siktfordelingen. Materialene med to skjermer 115 og 118 GFN resulterte i en reduksjon i glatthet. 143 GFN-sanden resulterte i lignende avlesninger som 106 GFN zirkon. Terskelverdien er 200 RMS.
En jevn forbedring i overflateglatthet ble observert fra 49 GFN-kromitt med fire sikter til 73 GFN-kromitt med tre sikter til tross for at partikkelfordelingen ble smalere. En 19 % økning i retensjon av 140-mesh-skjermen ble sett i 73 GFN kromitt sammenlignet med 49 GFN. En betydelig økning i støpejevnhet ble vist fra tresikts 73 GFN til firesikts 77 GFN kromittsand uavhengig av deres tilsvarende kornfinhetstall. Ingen endring i glatthet ble observert mellom 77 GFN og 99 GFN kromittmaterialene. Interessant nok delte de to sandene en veldig lik oppbevaring i skjermen på 200 mesh. Terskelverdien er 250 RMS.
Det er en betydelig forbedring i glatthet av støping fra 78 GFN olivin til 84 GFN olivin til tross for den smalere fordelingen. En økning på 15 % retensjon i 140-mesh-sikten var synlig i 84 GFN-olivinen. Det er betydning mellom 84 og 85 GFN olivin. 85 GFN-olivinen forbedret glattheten med 50. 85 GFN-olivinen er en tresiktssand med nesten 10 % retensjon i 200-mesh-sikten, mens 84 GFN-olivinen ganske enkelt er et to-siktsmateriale. En jevn forbedring i glatthet kan observeres fra 85 GFN olivin til 98 GFN olivin. Skjermfordelingen viser en økning på 5 % retensjon i 200 mesh skjermen. Ingen endring ble sett fra 98 GFN til 114 GFN olivin til tross for en økning i 200 mesh retensjon på nesten 7%.
En terskelverdi på 244 RMS kan observeres.
Overflateruhetsresultatene for støpegodset fra keramiske kjerner viser en liten forbedring mellom 32 GFN og 41 GFN materialene. Det var en økning i retensjon av 70-mesh-sikten med 34 % i 41 GFN-sanden. En signifikant økning i glatthet ble observert mellom 41 GFN og 54 GFN keramikk. 54 GFN-materialet hadde over 19 % større retensjon i 100-mesh-skjermen sammenlignet med 41 GFN-materialet. Denne forbedringen skjedde til tross for at fordelingen ble innsnevret i 54 GFN-materialet. Den største påvirkningen i de keramiske resultatene ble sett mellom sandene 54 GFN og 68 GFN. Sanden på 68 GFN hadde 15 % høyere retensjon i 140-mesh-sikten som utvidet distribusjonen. Til tross for en økning på over 40 % retensjon i 140-mesh-skjermen, ble det observert liten forbedring mellom 68 GFN- og 92 GFN-materialene. Terskelverdien er 236 RMS.
Overflatene som genereres av den 3-D-printede sanden er betydelig grovere enn en rammet sandoverflate som bruker samme tilslag. Prøvene som ble skrevet ut i XY-retningen ga den jevneste teststøpeoverflaten, mens de som ble skrevet ut i XZ- og YZ-retningen resulterte i den groveste.
Den rammede silikasanden ubelagte 83 GFN silikasanden resulterte i en ruhetsverdi på 185 RMS. Selv om støpegodset virket jevnere, økte de ildfaste beleggene overflateruheten målt med profilometeret. Det alkoholbaserte aluminabelegget viste den beste ytelsen, mens det alkoholbaserte zirkonbelegget resulterte i den høyeste ruheten. De 83 GFN 3-D-trykte prøvene viste motsatt effekt. Mens den ubestrøede prøven ble skrevet ut i den mest gunstige orienteringen av XY, viste den ubestrøede prøven en støpesuhet på 943 RMS. Beleggene glattet overflaten vesentlig fra den ubelagte overflatefinishen fra et lavt nivå på 339 til et maksimum på 488 RMS. Det ser ut til at overflatefinishen til den belagte sanden er noe uavhengig av ruheten til substratsanden og avhenger sterkt av sammensetningen av det ildfaste belegget. 3-D-trykt sand, selv om den starter med en mye grovere overflatefinish, kan forbedres betydelig ved bruk av ildfaste belegg.
Konklusjoner
For tiden tilgjengelige støpeaggregater har evnen til å oppnå overflateruhetsverdier på mindre enn 200 RMS mikrotommer. Disse verdiene er litt innenfor verdiene knyttet til investeringsstøping. For materialene som ble testet, viste hvert av dem en reduksjon i støperuhet med økende aggregat AFS-kornfinhet. Dette var sant med alle materialer opp til en terskelverdi, da det ikke ble sett ytterligere nedgang i støperuhet med økende AFS-GFN. Dette ble støttet av tidligere utført forskning.
Innenfor alle materialgrupper var effekten av AFS-GFN sekundær til både beregnet overflateareal og aggregatpermeabilitet. Mens permeabilitet kan tenkes å beskrive de åpne områdene til den komprimerte sanden, beskriver overflatearealet bedre skjermfordelingen til sanden og tilsvarende mengde fine partikler. Både permeabilitet og overflateareal var direkte relatert til støpeoverflatens glatthet. Det skal bemerkes at dette var sant for aggregater innenfor en formgruppe. Selv om vinkel- og underkantede aggregater hadde høye overflatearealer, var deres permeabilitet høy og indikerte en åpen overflate. Sfæriske og avrundede tilslag viste de glatteste overflatene som kombinerte lav permeabilitet med høyt overflateareal.
Det ble opprinnelig antatt at overflatefuktbarhet målt ved kontaktvinkel mellom flytende metall og det bundne tilslaget var en kritisk faktor i den resulterende støpeoverflaten. Mens det ble vist at kontaktvinkelen på forskjellige materialer ved lignende AFS-GFN ikke var proporsjonal med støpesuheten, ble det bekreftet at kornformen var en viktig faktor. Fraværet av en sammenheng mellom kontaktvinkel og støpeoverflatens ruhet kan forklares med det faktum at kornform ble sett på som en stor innflytelse på overflateruhet. Det er en betydelig mulighet for at kontaktvinkelen til forskjellige materialer ble påvirket mer av kornformen og den resulterende overflateglattheten enn av fuktbarheten til materialet alene.
Som med alle måleinstrumenter, kan artefakter av testmetoden påvirke resultatene til en viss grad. Økningen i støperuhet, selv om støpene visuelt så jevnere ut med påføring av ildfast belegg, kan skyldes formen på toppene og dalene skapt med beleggene. Per definisjon og måling økte de ildfaste beleggene bare overflateruheten i forhold til ikke-belagte prøver. Alle de ildfaste beleggene var svært vellykkede med å forbedre overflateruheten til den 3-D-trykte sanden. Det viste seg at overflatefinishen på prøvestøpene fra belagte prøver var noe uavhengig av utgangssubstratsanden. Beleggene hadde en stor effekt på overflatefinishen, men ytterligere arbeid er nødvendig for å revidere beleggene for å forbedre støpefinishen.
Redigert av Santos Wang fra Ningbo Zhiye Mechanical Components Co.,Ltd.
https://www.zhiyecasting.com
santos@zy-casting.com
86-18958238181
